2021年高考真題和模擬題分類匯編物理專題12磁場學生版

2021年高考真題和模擬題分類匯編物理專題12磁場選擇題1.(2021·浙江卷)如圖所示，有兩根用超導材料制成的長直平行細導線a、b，分別通以和流向相同的電流，兩導線構成的平面內有一點p，到兩導線的距離相等。下列說法正確的是()A.兩導線受到的安培力B.導線所受安培力可以用計算C.移走導線b前后，p點的磁感應強度方向改變D.在離兩導線所在的平面有一定距離的有限空間內，不存在磁感應強度為零的位置2.(2021·全國乙卷)如圖，圓形區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場，質量為m、電荷量為的帶電粒子從圓周上的M點沿直徑方向射入磁場。若粒子射入磁場時的速度大小為，離開磁場時速度方向偏轉；若射入磁場時的速度大小為，離開磁場時速度方向偏轉，不計重力，則為()A.B.C.D.3.(2021·全國甲卷)兩足夠長直導線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內，EO與在一條直線上，與OF在一條直線上，兩導線相互絕緣，通有相等的電流I，電流方向如圖所示。若一根無限長直導線通過電流I時，所產生的磁場在距離導線d處的磁感應強度大小為B，則圖中與導線距離均為d的M、N兩點處的磁感應強度大小分別為()A.B、0B.0、2BC.2B、2BD.B、B4.(2021·湖南卷)兩個完全相同的正方形勻質金屬框，邊長為，通過長為的絕緣輕質桿相連，構成如圖所示的組合體。距離組合體下底邊處有一方向水平、垂直紙面向里的勻強磁場。磁場區(qū)域上下邊界水平，高度為，左右寬度足夠大。把該組合體在垂直磁場的平面內以初速度水平無旋轉拋出，設置合適的磁感應強度大小使其勻速通過磁場，不計空氣阻力。下列說法正確的是()

A.與無關，與成反比B.通過磁場的過程中，金屬框中電流的大小和方向保持不變C.通過磁場的過程中，組合體克服安培力做功的功率與重力做功的功率相等D.調節(jié)、和，只要組合體仍能勻速通過磁場，則其通過磁場的過程中產生的熱量不變5.(2021·河北卷)如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強磁場，磁感應強度大小為，一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場噴入板間，相距為L的兩光滑平行金屬導軌固定在與導軌平面垂直的勻強磁場中，磁感應強度大小為，導軌平面與水平面夾角為，兩導軌分別與P、Q相連，質量為m、電阻為R的金屬棒垂直導軌放置，恰好靜止，重力加速度為g，不計導軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力，下列說法正確的是()A.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向上，B.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下，C.導軌處磁場方向垂直導軌平面向上，D.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下，6.(2021春·浙江卷)如圖所示是通有恒定電流的環(huán)形線圈和螺線管的磁感線分布圖。若通電螺線管是密繞的，下列說法正確的是()A.電流越大，內部的磁場越接近勻強磁場B.螺線管越長，內部磁場越接近勻強磁場C.螺線管直徑越大，內部的磁場越接近勻強磁場D.磁感線畫得越密，內部的磁場越接近勻強磁場7.(2021·廣東卷)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導線，若中心直導線通入電流，四根平行直導線均通入電流，，電流方向如圖所示，下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是()

AB.C.D.8.(2021·北京通州一模)如圖所示，在光滑的絕緣水平桌面上，有一質量均勻分布的細圓環(huán)，處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向豎直向下。圓環(huán)的半徑為R，質量為m。令此圓環(huán)均勻帶上正電荷，總電量為Q。當圓環(huán)繞通過其中心的豎直軸以角速度ω沿圖中所示方向勻速轉動時(假設圓環(huán)的帶電量不減少，不考慮環(huán)上電荷之間的作用)，下列說法正確的是()A.圓環(huán)勻速轉動形成的等效電流大小為B.圓環(huán)受到的合力大小為BQωRC.圓環(huán)內側(Ⅰ區(qū))的磁感應強度大于外側(Ⅱ區(qū))的磁感應強度D.將圓環(huán)分成無限個小段，每小段受到的合力都指向圓心，所以圓環(huán)有向里收縮的趨勢9.(2021·北京通州一模)回旋加速器的工作原理如圖所示。D1和D2是兩個中空的半圓金屬盒，處于與盒面垂直的勻強磁場中，它們之間有一定的電勢差U。A處的粒子源產生的帶電粒子在加速器中被加速。下列說法正確的是()A.帶電粒子在D形盒內被磁場不斷地加速B.交流電源的周期等于帶電粒子做圓周運動的周期C.兩D形盒間電勢差U越大，帶電粒子離開D形盒時的動能越大D.加速次數(shù)越多，帶電粒子離開D形盒時的動能越大10.(2021·北京通州一模)一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖所示。平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子)噴入磁場，A、B兩板間便產生電壓。金屬板A、B和等離子體整體可以看作一個直流電源，A、B便是這個電源的兩個電極。將金屬板A、B與電阻R相連，假設等離子體的電阻率不變，下列說法正確的是()A.A板是電源的正極B.等離子體入射速度不變，減小A、B兩金屬板間的距離，電源電動勢增大C.A、B兩金屬板間的電勢差等于電源電動勢D.A、B兩金屬板間的電勢差與等離子體的入射速度有關11.(2021·四川瀘州三模)如圖所示把柔軟的鋁箔條折成天橋狀并用膠紙粘牢兩端固定在桌面上，使蹄形磁鐵橫跨過“天橋”，當電池與鋁箔接通時()A.鋁箔條中部向下方運動B.鋁箔條中部向上方運動C.蹄形磁鐵對桌面的壓力不變D.蹄形磁鐵對桌面壓力減小12.(2021·河北唐山一模)如圖，直角三角形OAC區(qū)域內有垂直于紙面向外、磁感應強度大小未知的勻強磁場，∠A=30°、OC邊長為L，在C點有放射源S，可以向磁場內各個方向發(fā)射速率為v0的同種帶正電的粒子，粒子的比荷為K。S發(fā)射的粒子有可以穿過OA邊界，OA含在邊界以內，不計重力、及粒子之間的相互影響。則()A.磁感應強度大小B.磁感應強度大小C.OA上粒子出射區(qū)域長度為LD.OA上粒子出射區(qū)域長度為13.(2021·上海普陀一模)如圖所示的光滑導軌，由傾斜和水平兩部分在MM'處平滑連接組成。導軌間距為L，水平部分處于豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中，傾斜導軌連接阻值為R的電阻?，F(xiàn)讓質量為m、阻值為2R的金屬棒a從距離水平面高度為h處靜止釋放。金屬棒a到達磁場中OO'時，動能是該金屬棒運動到MM'時動能的，最終靜止在水平導軌上。金屬棒a與導軌接觸良好且導軌電阻不計，重力加速度g＝10m/s2。以下說法正確的是()A.金屬棒a運動到MM'時回路中的電流大小為B.金屬棒a運動到OO'時的加速度大小為C.金屬棒a從h處靜止下滑到在水平導軌上靜止過程中，電阻上產生的焦耳熱為mghD.金屬棒a若從h處靜止釋放，在它運動的整個過程中，安培力的沖量大小是，方向向左14.(2021·廣西柳州一模)某帶電粒子以速度v垂直射入勻強磁場中。粒子做半徑為R的勻速圓周運動，若粒子的速度變?yōu)?v。則下列說法正確的是()A.粒子運動的周期變?yōu)樵瓉淼腂.粒子運動的半徑仍為RC.粒子運動的加速度變?yōu)樵瓉淼?倍D.粒了運動軌跡所包圍的磁通量變?yōu)樵瓉淼?倍計算題15．(2021·北京東城一模)931年，勞倫斯和學生利文斯頓研制了世界上第一臺回旋加速器，如圖1所示，這個精致的加速器由兩個D形空盒拼成，中間留一條縫隙，帶電粒子在縫隙中被周期性變化的電場加速，在垂直于盒面的磁場作用下旋轉，最后以很高的能量從盒邊緣的出射窗打出，用來轟擊靶原子。圖1圖1圖2圖3(1)勞倫斯的微型回旋加速器直徑d=10cm，加速電壓U=2kV，可加速氘核()達到最大為Ekm=80KeV的能量，求：a.氘核穿越兩D形盒間縫隙的總次數(shù)N；b.氘核被第10次加速后在D形盒中環(huán)繞時的半徑R。(2)自誕生以來，回旋加速器不斷發(fā)展，加速粒子的能量已經從每核子20MeV(20MeV/u)提高到2008年的1000MeV/u，現(xiàn)代加速器是一個非常復雜的系統(tǒng)，而磁鐵在其中相當重要。加速器中的帶電粒子，不僅要被加速，還需要去打靶，但是由于粒子束在運動過程中會因各種作用變得“散開”，因此需要用磁鐵來引導使它們聚集在一起，為了這個目的，磁鐵的模樣也發(fā)生了很大的變化。圖2所示的磁鐵為“超導四極鐵”，圖3所示為它所提供磁場的磁感線。請在圖3中畫圖分析并說明，當很多帶正電的粒子沿垂直紙面方向進入“超導四極鐵”的空腔，磁場對粒子束有怎樣的會聚或散開作用？16.(2021·廣東卷)圖是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖，空間有三個同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內為無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個圓心角均略小于90°的扇環(huán)形勻強磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各區(qū)感應強度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外。電子以初動能從圓b上P點沿徑向進入電場，電場可以反向，保證電子每次進入電場即被全程加速，已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為，電子質量為m，電荷量為e，忽略相對論效應，取。(1)當時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進入磁場，且在電場內相鄰運動軌跡的夾角均為45°，最終從Q點出射，運動軌跡如圖中帶箭頭實線所示，求Ⅰ區(qū)的磁感應強度大小、電子在Ⅰ區(qū)磁場中的運動時間及在Q點出射時的動能；(2)已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射。當時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。17.(2021·河北卷)如圖，一對長平行柵極板水平放置，極板外存在方向垂直紙面向外、磁感應強度大小為B的勻強磁場，極板與可調電源相連，正極板上O點處的粒子源垂直極板向上發(fā)射速度為、帶正電的粒子束，單個粒子的質量為m、電荷量為q，一足夠長的擋板與正極板成傾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是負極板上的兩點，C點位于O點的正上方，P點處放置一粒子靶(忽略靶的大小)，用于接收從上方打入的粒子，長度為，忽略柵極的電場邊緣效應、粒子間的相互作用及粒子所受重力。。(1)若粒子經電場一次加速后正好打在P點處的粒子靶上，求可調電源電壓的大??；(2)調整電壓的大小，使粒子不能打在擋板上，求電壓的最小值；(3)若粒子靶在負極板上的位置P點左右可調，則負極板上存在H、S兩點(，H、S兩點末在圖中標出)、對于粒子靶在區(qū)域內的每一點，當電壓從零開始連續(xù)緩慢增加時，粒子靶均只能接收到n()種能量的粒子，求和的長度(假定在每個粒子的整個運動過程中電壓恒定)。18.(2021·湖南卷)帶電粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制備的關鍵技術之一、帶電粒子流(每個粒子的質量為、電荷量為)以初速度垂直進入磁場，不計重力及帶電粒子之間的相互作用。對處在平面內的粒子，求解以下問題。(1)如圖(a)，寬度為的帶電粒子流沿軸正方向射入圓心為、半徑為的圓形勻強磁場中，若帶電粒子流經過磁場后都匯聚到坐標原點，求該磁場磁感應強度的大小；(2)如圖(a)，虛線框為邊長等于的正方形，其幾何中心位于。在虛線框內設計一個區(qū)域面積最小的勻強磁場，使匯聚到點的帶電粒子流經過該區(qū)域后寬度變?yōu)?，并沿軸正方向射出。求該磁場磁感應強度的大小和方向，以及該磁場區(qū)域的面積(無需寫出面積最小的證明過程)；(3)如圖(b)，虛線框Ⅰ和Ⅱ均為邊長等于的正方形，虛線框Ⅲ和Ⅳ均為邊長等于的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分別設計一個區(qū)域面積最小的勻強磁場，使寬度為的帶電粒子流沿軸正方向射入Ⅰ和Ⅱ后匯聚到坐標原點，再經過Ⅲ和Ⅳ后寬度變?yōu)?，并沿軸正方向射出，從而實現(xiàn)帶電粒子流的同軸控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁場磁感應強度的大小，以及Ⅱ和Ⅳ中勻強磁場區(qū)域的面積(無需寫出面積最小的證明過程)。19．(2021·江蘇常州一模)如圖所示為用質譜儀測定帶電粒子比荷的裝置示意圖。它是由離子室、加速電場、速度選擇器和分離器四部分組成。已知速度選擇器的兩極板間的勻強電場場強為E，勻強磁場磁感應強度為B1，方向垂直紙面向里。分離器中勻強磁場磁感應強度為B2，方向垂直紙面向外。某次實驗離子室內充有大量氫的同位素離子，經加速電場加速后從速度選擇器兩極板間的中點O平行于極板進入，部分粒子通過小孔O′后進入分離器的偏轉磁場中，在底片上形成了對應于氕H、氘H、氚H三種離子的三個有一定寬度的感光區(qū)域，測得第一片感光區(qū)域的中心P到O′點的距離為D1。不計離子的重力、不計離子間的相互作用，不計小孔O′的孔徑。(1)打在感光區(qū)域中心P點的離子，在速度選擇器中沿直線運動，試求該離子的速度v0和比荷；(2)以v＝v0±△v的速度從O點射入的離子，其在速度選擇器中所做的運動為一個速度為v0的勻速直線運動和另一個速度為△v的勻速圓周運動的合運動，試求該速度選擇器極板的最小長度L；(3)為能區(qū)分三種離子，試求該速度選擇器的極板間最大間距d。20.(2021·上海普陀一模)如圖所示，真空中有一個半徑r=0.5m的圓形磁場區(qū)域，與坐標原點O相切，磁場的磁感應強度大小B=2×10－4T，方向垂直于紙面向外，在x=1m處的豎直線的右側有一水平放置的正對平行金屬板M、N，板間距離為d=0.5m，板長L=1m，平行板的中線的延長線恰好過磁場圓的圓心O1。若在O點處有一粒子源，能向磁場中不同方向源源不斷的均勻發(fā)射出速率相同的比荷為=1×108C/kg，且?guī)д姷牧Ｗ?，粒子的運動軌跡在紙面內，一個速度方向沿y軸正方向射入磁場的粒子，恰能從沿直線O2O3方向射入平行板間。不計重力及阻力和粒子間的相互作用力，求：(1)沿y軸正方向射入的粒子進入平行板間時的速度v和粒子在磁場中的運動時間T0；(2)從M、N板左端射入平行板間的粒子數(shù)與從O點射入磁場的粒子數(shù)之比；(3)若在平行板的左端裝上一擋板(圖中未畫出，擋板正中間有一小孔，恰能讓單個粒子通過)，并且在兩板間加上如圖示電壓(周期T0)，N板比M板電勢高時電壓值為正，在x軸上沿x軸方向安裝有一足夠長的熒光屏(圖中未畫出)，求熒光屏上亮線的左端點的坐標和亮線的長度l。21.(2021·上海普陀一模)如圖所示，在xoy平面內，虛線OP與x軸的夾角為30°。OP與y軸之間存在沿著y軸負方向的勻強電場，場強大小為E。OP與x軸之間存在垂直于xoy平面向外的勻強磁場。現(xiàn)有一帶電的粒子，從y軸上的M點以初速度v0、沿著平行于x軸的方向射入電場，并從邊界OP上某點Q(圖中未畫出)垂直于OP離開電場，恰好沒有從x軸離開第一象限。已知粒子的質量為m、電荷量為q(q>0)，粒子的重力可忽略。求：(1)磁感應強度的大??；(2)粒子在第一象